Гальванические покрытия алюминием и его сплавами

Алюминий не входит в группу редких металлов, однако катодное восстановление его рассмотрено в данной главе, так как технология аналогична технологии катодного восстановления бериллия, титана и других металлов этой группы.

Для нанесения гальванического алюминия применяют формамидный, аминоэфирный и ксилольный электролиты.

Состав формамидного электролита (массовые доли в %):

АlСl 0,1 -0,11

Формамид 0,81-0,82

Нитробензол 0,5-0,6

Бензолхлорид 0,2-0,3

Температура раствора 45 — 50 °С, i_к = 8 ÷ 10 А/дм², аноды алюминиевые.

При приготовлении электролита к чистому сублимированному АlСl₃ медленно добавляют формамид. После окончания выделения газов формамид можно вводить быстрее. Затем добавляют остальные компоненты. Присутствие влаги не допускается. Формамид предварительно очищают от муравьиной кислоты и формиата аммония. Корректирование электролита и электролиз ведут в атмосфере сухого азота или аргона. Алюминиевые аноды не должны содержать примесей Cu, Si и Fe более чем по 0,002% каждого.

Аминоэфирный электролит содержит (массовые доли в %):

AlCl₃ 0,36-0,38

Н-бутиламин 0,12-0,17

Дилиловый эфир 0,5 —0,52

Режим электролиза: температура 15-25 °С, i_к = 6 ÷ 10 А/дм². Покрытия алюминия получают светлыми и эластичными, повторяющими рельеф подложки. При низких значениях i_к (< 2 А/дм²) и большой толщине (> 25 мкм) покрытия имеют грубую структуру. При введении неочищенного АlСl₃ получаются покрытия неметаллического характера. При растворении АlCl₃ в эфире часть его остается нерастворимой, и ее отфильтровывают. Фильтрат затем добавляют в раствор бутиламина в эфире.

Для изготовления рефлекторов алюминий осаждают из эфирного электролита, содержащего (в молях) 3,4 АlСl₃ и 0,4 LiAlH₄. Присутствие влаги не допускается. К АlСl₃ медленно и осторожно добавляют эфир (опасен местный перегрев даже при охлаждении). Затем вводят гидрид. Электролиз ведут в атмосфере сухого азота. Электролит хранят в герметичном сосуде.

При непрерывном электролизе через месяц пластичность покрытий резко понижается и они становятся хрупкими. Наиболее качественные покрытия получают при i_к = 12 ÷ 17 А/дм² и t = 15 ÷ 25°С. При этом выход по току η_к≈100%. Во время электролиза электролит необходимо перемешивать и фильтровать. Материал ванны — коррозионно-стойкая сталь или фторопласт.

Известен также ксилольный электролит (в г/л):

АlBr₃ безводный 70 — 80

НBr газообразный 10 — 15

Парафин 15-20

Ксилол, л 1

Режим электролиза: t = 15÷25 °С, i_к = 1÷2 А/дм², анод алюминиевый или из стали 12Х18Н9Т. При таких условиях η_к= 70%, η <= 100%. За 1 ч осаждается 10 мкм алюминия.

При составлении электролита в ксилол, являющийся растворителем всех компонентов, входящих в электролит, вводят порошок железа и пропускают через него пары брома, которые, взаимодействуя с ксилолом и железом, образуют НВr, растворяющийся в ксилоле. Парафин способствует получению мелкокристаллических покрытий. Приготовленный таким способом электролит требуется проработать с алюминиевыми анодами в течение 2 ч при i_к= 1÷2 А/дм². После обычной подготовки непосредственно перед загрузкой в ванну покрываемые детали следует промыть 1—2%-ным раствором олеиновой кислоты в метиловом спирте. В результате этого существенно повышается прочность сцепления алюминия с основой.

Известно осаждение алюминия из газовой фазы. Детали из низкоуглеродистой стали перед покрытием зачищают шлифовальной шкуркой, промывают в ацетоне и отжигают в среде водорода при 500°С в течение 10 — 15 мин. В качестве алюминийорганического соединения используют триизобутилалюминий, представляющий собой бесцветную жидкость, кипящую при 200°С. При повышенных температурах он разлагается на олефин и гидрид диалкилалюминий

Аl(CnН_2n+1)₃ -> НAl(CnH_{2n +1})₂ +CnH_2n.

Затем при 300°С происходит необратимое разложение диалкилалюминийгидрида:

2НAl(CnH_2n+1)₂ -> 2Аl+2CnH_2n+2+ Н₂.

Процесс имеет адсорбционно-каталитический характер. Скорость осаждения алюминия составляет ~25 — 28 мкм/ч. Диффузионный отжиг повышает термостойкость покрытий и обеспечивает прочное сцепление алюминия со сталью.

Покрытие осаждают в среде очищенного водорода, который пропускают через селикагель и фтористый ангидрид, находящиеся в трубчатой печи с магниевой стружкой.

Петр Степанович Мельников. Справочник по гальванопокрытиям в машиностроении, 1979.